递归优化-尾递归

一、定义

在函数内部,可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身本身,这个函数就是递归函数。

二、利弊

递归函数的优点是定义简单,逻辑清晰。理论上,所有的递归函数都可以写成循环的方式,但循环的逻辑不如递归清晰。
使用递归函数需要注意防止栈溢出。在计算机中,函数调用是通过栈(stack)这种数据结构实现的,每当进入一个函数调用,栈就会加一层栈帧,每当函数返回,栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的,所以,递归调用的次数过多,会导致栈溢出。

三、优化

解决递归调用栈溢出的方法是通过尾递归优化,事实上尾递归和循环的效果是一样的,所以,把循环看成是一种特殊的尾递归函数也是可以的。
尾递归是指,在函数返回的时候,调用自身本身,并且,return语句不能包含表达式。这样,编译器或者解释器就可以把尾递归做优化,使递归本身无论调用多少次,都只占用一个栈帧,不会出现栈溢出的情况。
尾递归的判断标准是函数运行【最后一步】是否调用自身,而不是是否在函数的【最后一行】调用自身。

//普通递归 
function f(x) {
  if (x === 1) return 1;
  return 1 + f(x - 1);
}
//尾递归
function f(x) {
  if (x === 1) return 1;
  return f(x - 1)
}
// 阶乘
function factorial(n) {
  if (n === 1) return n;
  return n * factorial(n - 1);
}
// 阶乘改版
function factorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return factorial(n - 1, n * total)
}
var a = factorial(5,1) 
console.log(a) // 120

尾递归优化

尾递归优化只在严格模式下生效,那么正常模式下,或者那些不支持该功能的环境中,有没有办法也使用尾递归优化呢?回答是可以的,就是自己实现尾递归优化。

它的原理非常简单。尾递归之所以需要优化,原因是调用栈太多,造成溢出,那么只要减少调用栈,就不会溢出。怎么做可以减少调用栈呢?就是采用“循环”换掉“递归”。

// 尾递归函数
function sum(x, y) {
  if (y > 0) {
    return sum(x + 1, y - 1)
  } else {
    return x;
  }
}
// var b = sum(1, 1000000)//RangeError: Maximum call stack size exceeded
// console.log(b)

// 尾递归优化
// 蹦床函数(trampoline)可以将递归执行转为循环执行。
/**
 * 下面就是蹦床函数的一个实现,它接受一个函数f作为参数。
 * 只要f执行后返回一个函数,就继续执行。
 * 注意,这里是返回一个函数,然后执行该函数,而不是函数里面调用函数,
 * 这样就避免了递归执行,从而就消除了调用栈过大的问题。
 * 然后,要做的就是将原来的递归函数,改写为每一步返回另一个函数。
 * @param {*} f 
 */
function trampoline(f) {
  while (f && f instanceof Function) {
    f = f();
  }
  return f;
}

/**
 * @param {*} x:初始值 
 * @param {*} y:递归次数
 * sum2函数的每次执行,都会返回自身的另一个版本
 */

// 改写sum
function sum2(x, y) {
  if (y > 0) {
    return sum2.bind(null, x + 1, y - 1);
  } else {
    return x;
  }
}

var c = trampoline(sum2(1, 100000))
console.log(c) //100001

蹦床函数并不是真正的尾递归优化,下面的实现才是。

console.log("tcotcotco")
function tco(f) {
  var value, active = false, accumulated = [];
  return function accumulator() {
    // console.log(arguments)
    accumulated.push(arguments);
    // console.log(accumulated[0])
    if (!active) {
      active = true;
      while (accumulated.length) {
        value = f.apply(this, accumulated.shift());
        // value = f.call(this, ...accumulated.shift()); // 等价于上句
        // console.log(value) // undefined
      }
      active = false;
      return value;
    }
  }
}
var sum3 = tco(function(x, y) {
  if (y > 0) {
    return sum3(x + 1, y - 1)
  } else {
    return x;
  }
});
var d = sum3(1,100000)
console.log(d)

上面代码中,tco函数是尾递归优化的实现,它的奥妙就在于状态变量active。默认情况下,这个变量是不激活的。一旦进入尾递归优化的过程,这个变量就激活了。然后,每一轮递归sum返回的都是undefined,所以就避免了递归执行;而accumulated数组存放每一轮sum执行的参数,总是有值的,这就保证了accumulator函数内部的while循环总是会执行。这样就很巧妙地将“递归”改成了“循环”,而后一轮的参数会取代前一轮的参数,保证了调用栈只有一层。

参考博客:https://www.cnblogs.com/gwf93/p/10295116.html

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